35 kV 배전 변압기의 코어 접지 고장 진단 방법 분석

35 kV 배전 변압기: 코어 접지 고장 분석 및 진단 방법

35 kV 배전 변압기는 전력 시스템에서 중요한 장비로, 중요한 전기 에너지 전송 임무를 수행합니다. 그러나 장기간 운전 중 코어 접지 고장이 변압기의 안정적인 운전을 저해하는 주요 문제가 되었습니다. 코어 접지 고장은 변압기의 에너지 효율성을 저하시키고 시스템 유지보수 비용을 증가시키며 더 심각한 전기 고장을 유발할 수도 있습니다.

전력 장비가 노화됨에 따라 코어 접지 고장의 빈도가 점점 증가하여 전력 장비 운전 및 유지보수에서 고장 진단 및 처리를 강화해야 합니다. 현재 존재하는 특정 진단 방법에도 불구하고, 탐지 효율성이 낮고 고장 위치 파악이 어려운 기술적 병목 현상이 여전히 존재합니다. 보다 정밀하고 민감한 고장 진단 기술을 탐구하고 적용하여 장비 운전 신뢰성을 향상시키고 전력 시스템의 안정성과 안전성을 확보하는 것이 급선무입니다.

1. 35 kV 배전 변압기의 코어 접지 고장 원인 및 특성 분석

1.1 코어 접지 고장의 일반적인 원인

35 kV 배전 변압기에서는 코어 판 사이에 절연 재료를 사용하여 격리를 합니다. 그러나 장기간 운전 중 내부 전기장과 온도로 인해 절연 재료가 점진적으로 노화되며, 특히 고전압 및 고온 환경에서는 절연 성능이 빠르게 저하됩니다. 노화가 진행됨에 따라 절연 저항이 감소하고, 일부 영역에서 절연 실패가 발생하여 다점 접지 고장을 형성할 수 있습니다.

변압기는 장시간 운전 중 기계적 진동을 피할 수 없습니다. 특히 부하 변동이 큰 조건에서는 진동으로 인해 코어와 코어 클램핑 부품 사이에 상대적인 이동이 발생할 수 있습니다. 느슨한 코어 클램프나 손상된 절연 재료는 접지 고장을 유발할 수 있습니다. 변압기 코어 제조 결함도 코어 접지 고장의 중요한 원인입니다. 제조 과정에서 실리콘 강판에 날카로운 부분이나 불균일한 절연 코팅, 또는 코어 가공 정밀도 부족으로 인해 국부적인 절연 손상이 발생할 수 있습니다. 이러한 결함은 종종 변압기의 접지 부분에 집중되며, 코어 내 전기장 분포가 불균일하면 국부적인 방전이 발생할 수 있습니다.

1.2 고장의 전기적 특성 및 위험성

코어 접지 고장의 가장 직접적인 전기적 특성은 접지 전류 증가입니다. 접지 고장이 발생한 후 접지 전류는 주로 50 Hz 이상의 고주파 영역에서 조화파 성분을 포함한 전류 변동을 나타냅니다. 고장이 발생할 때 접지 전류의 파형은 일반적으로 정현파가 아니며, 조화파 성분의 진폭이 큽니다.

코어 접지 고장의 또 다른 일반적인 특성은 국부적 방전입니다. 절연 재료가 손상되면 손상된 부분에서 전기장이 집중되어 코로나 방전 및 국부적 방전 현상을 일으킵니다. 국부적 방전은 일반적으로 3-30 MHz 범위의 고주파 전류 맥동을 생성하며, 이러한 주파수 대역의 전류 신호는 전문적인 고주파 전류 변압기(HFCT)를 사용하여 캡처 및 분석할 수 있습니다.

코어 접지 고장에 의해 유발되는 또 다른 전기적 특성은 온도 상승 효과입니다. 고장 지점에서 와전류 손실로 인해 국부적인 온도가 상승합니다. 이 온도 상승 효과는 절연 재료를 직접 손상시키는 것은 물론, 코어의 일부 영역에서 과열을 유발할 수도 있습니다.

1.3 고장이 변압기 운전에 미치는 영향

코어 접지 고장은 접지 전류 증가를 초래하여 변압기 코어의 추가 손실을 야기합니다. 코어 손실은 주로 와전류 손실과 자기화 손실로 구성됩니다. 접지 고장이 발생하면 변압기 내부의 자속 분포가 불균일해져 특정 영역에서 와전류 손실이 크게 증가합니다. 이는 변압기의 에너지 효율성을 저하시키고 운영 비용을 크게 증가시킬 수 있습니다. 증가한 코어 손실은 변압기의 과열을 더욱 악화시켜 장기적인 안정적인 운전에 영향을 미칩니다.

코어 접지 고장으로 인한 국부적 방전 및 온도 상승 효과는 변압기 내부 절연 재료의 노화를 가속화시킵니다. 절연 재료가 노화됨에 따라 절연층의 저항이 점차 감소하고, 전기적 절연 능력이 점진적으로 저하됩니다. 절연이 완전히 실패하면 국부적인 단락 회로 또는 더 심각한 완전 단락 사고를 유발할 수 있습니다.

코어 접지 고장은 전기적 성능 저하뿐만 아니라 변압기 오일의 화학적 구성에도 영향을 미칩니다. 코어가 접지될 때 국부적 방전 및 과열로 인해 내부 오일의 온도가 상승하여, 오일 내 용해된 가스 성분이 변화하게 됩니다. 특히 메탄(CH4) 및 에틸렌(C2H4) 함량이 비정상적으로 증가합니다.

2. 코어 접지 고장의 진단 방법 및 기술 비교

2.1 전통적인 진단 방법

직류 저항법은 코어 접지 고장의 전통적인 진단 방법 중 하나로, 주로 코어와 접지 간의 절연 저항을 측정하여 고장 여부를 판단합니다. 이 방법은 직류 전압을 적용하고 전류와 전압의 비율을 측정하여 절연 저항을 계산합니다. 이상적으로 코어의 절연 저항은 높은 값으로 유지되어야 하며, 저항이 특정 임계값 아래로 떨어지면 접지 고장이 있을 수 있음을 나타냅니다.

그러나 직류 저항 방법은 고장 지점을 정확하게 위치시킬 수 없습니다. 측정 결과는 전체 코어의 평균 절연 성능만을 반영할 뿐 특정 고장 영역을 결정할 수 없습니다. 이 방법은 또한 일정한 지연이 있으며 특히 절연 노화가 아직 큰 저항 변화를 초래하지 않은 경우 초기 고장 감지가 효과적이지 않습니다. 또한, 직류 저항 방법은 고장 유형에 대한 정보를 제공하지 못하며, 측정 데이터로부터 세부 고장 특성을 효과적으로 추출할 수 없습니다.

유량 크로마토그래피 분석은 변압기 오일에서 용해된 가스 성분의 변화를 감지하여 고장 유형을 추론합니다. 이러한 용해된 가스는 일반적으로 변압기 내부에서 방전, 과열 또는 기타 전기적 고장이 발생할 때 생성됩니다. 변압기 오일에서 흔히 발견되는 가스 성분에는 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4), 에테인(C2H6) 등이 포함됩니다. 가스 농도의 변화는 변압기의 운전 상태를 반영할 수 있습니다. 

오일 속 용해된 가스 농도와 고장 유형을 비교하면 변압기에서 코어 접지 고장이 발생했는지를 예비적으로 판단할 수 있습니다. 유량 크로마토그래피 분석은 상대적으로 지연된 응답을 보입니다. 고장이 발생한 후에도 용해된 가스가 축적되기까지 시간이 걸리므로, 고장 진단의 시의성이 제한됩니다. 또한, 유량 크로마토그래피 분석은 정확한 고장 위치나 특정 특성을 제공하지 못하고, 가스 농도 변화를 통해 고장을 나타낼 뿐입니다. 미세하거나 간헐적인 고장의 경우, 유량 크로마토그래피 분석 진단이 지연될 수 있으며, 고장 발생에 신속하게 대응할 수 없습니다.

2.2 현대적인 기기 검출 기술

국부방전 검출 기술은 고주파 전류 변환기(HFCT) 원리를 기반으로, 코어 접지로 인한 방전 맥동 신호를 포착하고 분석하여 고장을 진단합니다. 코어 접지 고장이 발생할 때 국부방전은 절연 손상 지점에서 고주파 전류 맥동을 생성합니다. 이러한 전류 신호는 일반적으로 3-30 MHz 범위의 고주파 소음이나 맥동 신호로 나타납니다. 

변압기의 접지 선路上的指示似乎被意外截断了。根据您的要求，我将继续翻译剩余的内容为韩语，并严格遵守格式和结构的要求。

변압기의 접지 선에 고주파 전류 센서를 설치함으로써, 국부방전 신호를 실시간으로 포착할 수 있습니다. 이 기술은 국부 고장 지점을 효율적으로 위치시키며, 높은 감도를 가지고 있어 초기 단계의 고장을 탐지할 수 있습니다. 국부방전 검출은 절연 노화나 기계적 손상으로 인한 미세한 고장을 효과적으로 식별하며, 정확한 고장 진단 정보를 제공합니다. 국부방전 신호를 분석함으로써, 고장의 심각성과 발전 경향을 평가할 수 있으며, 이를 바탕으로 적절한 유지보수나 예방 조치를 취할 수 있습니다.

적외선 열화상 기술은 적외선 카메라를 사용하여 코어의 국부 온도 상승 영역을 감지하여 접지 고장 여부를 확인합니다. 변압기에서 접지 고장이 발생하면 국부 영역에서 와인딩 손실이 증가하여, 특히 고장 지점 주변에서 크게 온도가 상승합니다. 적외선 열화상 기술은 코어 표면의 실시간 온도 분포를 얻고, 온도 차이를 통해 고장 존재 여부를 판정할 수 있습니다. 일반적으로, 온도 차이가 10°C를 초과하는 경우, 해당 영역에 대해 집중적으로 조사가 필요합니다. 이 기술의 장점은 접촉 없이 온도 변화를 감지할 수 있으며, 측정 속도가 빠르므로 현장에서의 신속한 검출에 적합합니다.

고주파 전류 검출 방법은 로고스키 코일을 사용하여 접지 선에서의 고주파 전류 변화를 측정합니다. 일반적으로 500 kHz부터 2 MHz 범위의 주파수에서 발생하는 고주파 전류는 코어 접지 고장으로 인한 방전 과정에서 생성됩니다. 이 주파수 범위의 전류 신호를 검출함으로써, 고장 존재 여부를 효과적으로 식별할 수 있습니다. 국부방전 검출 기술과 비교하여, 고주파 전류 검출은 더 높은 감도를 가지며, 매우 약한 고장 신호를 포착할 수 있습니다. 로고스키 코일을 사용한 비접촉 측정은 설치를 간소화하면서 측정 정확도를 향상시킵니다. 이 기술은 직접 접근하기 어려운 지역에서도 적용 가능하며, 장비를 손상시키지 않고 온라인 검출을 수행할 수 있습니다.

3 고장 진단 프로세스 최적화 및 사례 분석

3.1 최적화된 진단 프로세스 권장사항

코어 접지 고장을 진단할 때, 첫 번째 단계는 적외선 열화상 기술을 이용한 예비 선별이어야 합니다. 적외선 카메라는 변압기 표면의 온도 분포맵을 신속하게 얻어, 진단 담당자가 가능한 이상 온도 상승 영역을 식별하는데 도움이 됩니다. 예비 선별을 통해 잠재적인 고장 영역을 확인한 후, 다음 단계는 고주파 전류 검출 및 국부방전 검출 기술을 결합하여 정밀한 테스트를 수행해야 합니다.

고주파 전류 검출 방법은 로고스키 코일을 사용하여 500 kHz부터 2 MHz 주파수 대역에서 접지 전류 변화를 포착하여, 코어 접지 고장 영역을 효과적으로 식별합니다. 국부방전 검출 기술은 HFCT 센서를 사용하여 실시간으로 방전 맥동 신호를 모니터링하고, 방전 주파수와 강도를 분석하여 고장 지점 위치를 더욱 확실하게 확인합니다.

고주파 전류와 국부방전 검출을 수행한 후, 마지막 단계는 유량 크로마토그래피 분석을 통해 고장의 심각성을 검증하고 분석해야 합니다. 변압기 오일 속 용해된 가스, 특히 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4) 등의 가스 농도 변화를 감지하여 고장의 성질을 더욱 확실하게 확인할 수 있습니다. 심각한 코어 접지 고장의 경우, 유량 크로마토그래피에서는 가스 성분이 비정상적으로 증가할 것입니다. 유량 크로마토그래피 데이터를 다른 검출 결과와 결합하여, 고장의 영향을 종합적으로 평가하고, 후속 수리 작업을 위한 근거를 제공할 수 있습니다.

3.2 대표적인 사례 분석

하나의 변전소에서 운영 중인 35 kV 배전 변압기에서 유지보수 담당자가 접지 전류가 크게 증가한 것을 발견했습니다. 이는 정상 범위를 크게 초과하였습니다. 모니터링 데이터에 따르면, 접지 전류는 5 A에 달하였으며, 정상 상태에서는 접지 전류가 100 mA 미만이어야 합니다. 문제는 접지 전류가 비정상적으로 증가했음에도 불구하고, 외부적으로 명백한 물리적 고장 징후가 없었습니다. 직류 저항 테스트 및 유량 크로마토그래피 분석과 같은 전통적인 전기적 진단 방법은 명확한 고장 위치 정보를 제공하지 못했습니다.

이 변압기 코어 접지 고장 문제를 해결하기 위해 유지보수 인력은 여러 현대적인 진단 기술을 사용했습니다. 먼저, FLIR T640 적외선 열화상 카메라를 사용하여 예비 검사를 수행하여 코어 및 관련 구성 요소의 온도 상승 영역을 신속하게 찾았습니다. 그 다음 PD-Tech HFCT 고주파 전류 센서를 사용하여 접지 전류를 모니터링하였습니다. 마지막으로 PD-Tech 부분 방전 탐지기를 사용하여 방전 신호를 테스트하고 분석하여 고장 지점을 찾았습니다. 테스트 결과는 표 1에 나와 있습니다.

표 1. 변압기 고장 문제 검출 결과

적외선 열화상기 검출 결과에 따르면, 코어加紧翻译，但注意到您提供的规则中明确要求保持原文的格式不变，包括HTML标签和样式。因此，我将按照您的要求继续完成高质量的韩语翻译，同时严格遵守不改变任何格式、标签或属性的规定。

적외선 열화상기 검출 결과에 따르면, 코어 클램핑 부품 근처의 온도 차이는 12°C에 달했으며, 이는 정상 범위를 초과하여 해당 영역에서 과열이 발생할 가능성이 있음을 초기 확인하였다. 고주파 전류 센서를 사용한 실시간 검출에서는 접지 전류가 5 A로, 정상 값인 100 mA를 크게 초과하였으며, 이는 변압기 내부에서 고장이 발생하였음을 나타냈다. 추가적인 부분 방전 검출 결과, 4.5-18 MHz 주파수 범위 내에서 고주파 전류 신호에 강한 변동이 있었고, 방전 강도가 점차 증가하면서, 고장 지점이 코어 클램핑 조립체에 위치하고 있으며 고장이 악화되고 있음을 나타냈다.

최종적으로 고장 지점은 코어 클램핑 부품의 절연 패드였으며, 장기간 운전으로 인해 절연 재료가 노화되어 소량의 절연 손상이 발생하여 접지 고장을 유발하였다. 고장 처리 조치로서 절연 패드를 교체하였으며, 후속 테스트를 통해 접지 전류가 정상으로 돌아왔으며, 고장이 제거되고 장비가 안정적으로 작동하는 것으로 확인되었다.

이 사례는 적외선 열화상 기술, 부분 방전 검출 기술, 고주파 전류 검출 기술을 결합함으로써 코어 접지 고장 진단의 효율성과 정확성을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 보여준다. 실제 운영 및 유지보수 과정에서 이러한 기술들을 정기적으로 공동 진단에 활용하여 변압기의 안전하고 안정적인 운영을 보장해야 한다.

4. 결론

코어 접지 고장 진단에서 다중 현대 진단 기술의 병합 적용은 고장 위치와 진단 효율성의 정확성을 크게 향상시킬 수 있다. 고주파 전류 검출, 부분 방전 분석, 적외선 열화상 기술의 시너지 효과를 통해 잠재적인 장비 위험을 조기에 감지하고, 고장 원점을 정확히 식별하여 장비 중단 시간을 줄이고 변압기 수명을 연장할 수 있다.

향후 새로운 검출 기술의 지속적인 발전과 적용으로 코어 접지 고장의 진단 및 유지보수가 더욱 효율적이고 정밀해져, 전력 시스템의 안정성과 보안을 보장하게 될 것이다.